L’impression 3D hybride produit des échafaudages pour la régénération osseuse
Au cours de la dernière décennie, le marché de la fabrication additive (FA) a connu une croissance annuelle impressionnante. Des facteurs comme la production localisée, les formes illimitées, la personnalisation complète des artefacts et l’absence de déchets sont les moteurs de cette croissance. L’un des principaux avantages est peut-être la «Conception orientée fonction» de la FA, selon laquelle la production d’artefacts n’est plus limitée par les contraintes imposées par les processus de fabrication mais par la priorité qui est donnée à l’utilisation finale de la pièce. Le projet FAST (Functionally graded Additive Manufacturing scaffolds by hybrid manufacturing), financé par l’UE, a adopté des techniques de FA afin de développer et de faire la démonstration d’une machine d’impression 3D combinant un processus d’impression hybride avec un revêtement à base de plasma physique pour produire des échafaudages destinés à la régénération osseuse. FAST a également identifié des candidats pour des substances antibiotiques appropriées pour une incorporation dans le matériau de cet échafaudage, ainsi que pour démontrer la croissance cellulaire sur les surfaces des échafaudages ainsi imprimés et revêtus. Construire des échafaudages à partir de composites polymères Différents secteurs, comme l’automobile et l’aérospatiale, tirent parti de la capacité de la FA à produire des pièces complexes et hautement personnalisées comportant un certain nombre de fonctions intégrées, de manière rentable. Mais les techniques de FA sont également de plus en plus utilisées pour produire des dispositifs médicaux. Les implants personnalisés, par exemple, offrent des avantages comme la planification préopératoire améliorée, des économies de coûts pour le système de santé grâce à des temps d’intervention plus courts, une durée de vie des implants plus longue et un confort accru du patient avec moins de plaintes postopératoires. Cela est particulièrement vrai pour la fabrication d’échafaudages pour l’ingénierie tissulaire (TE) et la médecine régénérative, où la technologie est maintenant utilisée depuis plus d’une décennie. Le professeur Lorenzo Moroni, coordinateur du projet, explique: «Ces échafaudages sont l’un des domaines où la caractéristique de "Conception orientée fonction" de la FA lui confère une avance sur les autres techniques de production. Toutes les considérations nécessaires concernant la mécanique, la géométrie (porosité et forme), le biomatériau, les molécules bioactives et les groupes chimiques de surface peuvent être intégrées dans un seul et même concept.» La nouvelle imprimante polymère 3D de FAST peut presque imprimer puis enduire l’échafaudage en une seule étape et au sein de la même machine. Suivant une méthode couche par couche, la technologie applique une couche dans l’implant, conçue pour améliorer l’adhésion des cellules et favoriser ainsi la régénération osseuse. La technologie consiste à combiner le mélange à l’état fondu de nanocomposites avec des charges bio-fonctionnalisées directement dans la tête d’impression, en intégrant l’utilisation des technologies du plasma atmosphérique au processus d’impression lui-même. «La technologie contrôlant la composition et la densité des fibres, ainsi que l’emplacement du revêtement, permet aux opérateurs de concevoir la forme, la porosité, la stabilité mécanique et les propriétés biochimiques de l’échafaudage», explique le professeur Alessandro Patelli, coordinateur du consortium. En plus d’être biodégradables, ces échafaudages contiennent des propriétés mécaniques et biochimiques graduées, adaptées à chaque patient. Comme l’a rappelé M. Moroni, il s’agit de l’aspect le plus complexe du projet: «Le développement d’une tête d’impression capable de créer des gradients continus a conduit à des essais avec quelques prototypes fonctionnels.» Contribuer à bâtir un système de santé revitalisé La technologie de FAST devrait contribuer à améliorer l’efficacité du système de santé européen, avec de bonnes perspectives en particulier pour les applications en réparation osseuse dans les chirurgies orthopédiques, crâniennes, cranio-faciales et maxillo-faciales. Mais la technologie devra d’abord faire l’objet d’essais cliniques de phase I si les tests sur les animaux donnent des résultats prometteurs par rapport aux traitements actuels. Après cela, elle devra satisfaire aux exigences d’approbation réglementaire dans les trois à six ans à compter de la fin du projet. «FAST devrait renforcer la compétitivité des petites et moyennes entreprises partenaires sur le marché mondial, en préservant les emplois existants et en en créant de nouveaux grâce à une gamme de produits élargie», déclare M. Patelli. Actuellement, l’équipe approfondit les tests des échafaudages FAST via des études in vitro et in vivo, tout en recherchant des partenaires industriels appropriés pour les études cliniques.
Mots‑clés
FAST, fabrication additive, polymère, nanocomposite, échafaudage, tissu, os, régénération, impression 3D, chirurgie, implant
